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CADETECH verbessert die Überwachung elektromechanischer Schaufeln in den weltweit größten Kupferminen

Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

„Die Überwachungsanwendung auf der CompactRIO-Plattform kann nach den besten Messperioden für die Analyse suchen und das Signal-Rausch-Verhältnis optimieren.“

– Daniel Ramírez, CADETECH S.A.

Die Aufgabe:

Entwicklung eines hochspezialisierten Dauerüberwachungssystems für elektromechanische Abbauschaufeln, um eine Strategie für die vorausschauende Wartung dieser kritischen Maschinen zu ermöglichen.

Die Lösung:

Erstellen eines voll funktionsfähigen, maßgeschneiderten Systems zur kontinuierlichen Schwingungs- und Spannungsüberwachung mithilfe der NI-CompactRIO-Plattform und der NI-LabVIEW-Software.

Elektromechanische Schaufeln für den Tagebau sind riesige, mobile, nicht feststehende Maschinen, die zur Beladung von Muldenkippern verwendet werden, mit denen Eisenerz zu den Verarbeitungsanlagen transportiert wird. Das Verhältnis zwischen Schaufeln und Lkw beträgt in der Regel ca. 1:12, also haben unerwartete Ausfallzeiten eine direkte Auswirkung auf die Produktion. Daher gelten elektromechanische Schaufeln als kritische Maschinen.

 

In der Vergangenheit war es aufgrund unzureichender Analysealgorithmen und -geräte sowie der rauen Umgebung schwierig, Zustandsüberwachungs- und Prognosetechniken auf diese elektromechanischen Schaufeln anzuwenden. Die herkömmliche Schwingungsanalyse (das Hauptwerkzeug für die vorausschauende Wartung von rotierenden Maschinen) basiert auf der Fourier-Transformation, bei der eine konstante Rotationsgeschwindigkeit angenommen wird. Das reicht für die Schaufel jedoch nicht aus. Daher ist ein anderer Ansatz erforderlich.

Die dringende Notwendigkeit, von einer reaktiven und präventiven Wartungsstrategie zu einer vorausschauenden und proaktiven Strategie überzugehen, führte zur Entstehung eines modernen Systems für die flexible Überwachung, SiAMFlex. SiAMFlex war ursprünglich eine Initiative von Professor Pedro Saavedra an der Universität Concepción in Chile, dessen Forschung zur Entwicklung eines Schwingungsanalysealgorithmus führte, der für die Schwingungssignale elektromechanischer Schaufeln geeignet ist. Nachdem der Algorithmus fertig war, sollte diese Methode als Kern eines kontinuierlichen Überwachungssystems implementiert werden. Jetzt wird SiAMFlex vom NI Silver Alliance Partner CADETECH unterstützt und kontinuierlich aktualisiert, um ein vollständiges Werkzeug zur Verwaltung und Analyse der mechanischen und strukturellen Anlagenintegrität zu erhalten.

Das Überwachungssystem besteht aus Bordausrüstung, einem Offboard-Server, Computern und drahtlosen Netzwerkgeräten. Zur Bordausrüstung der Schaufel gehören: 

  • das CompactRIO-System mit dem Embedded-Chassis NI cRIO-9014 mit 8 Slots 
  • das Modul NI 9233 zur Schwingungsmessung 
  • das Modul NI 9237 zur dynamischen Dehnungsmessung 
  • das Modul NI 9422 für präzise, hochauflösende tachometrische Daten 
  • das Modul NI 9205 für komplementäre Signale vom Steuerungssystem der Schaufel 
  • Piezoelektrische Beschleunigungsmesser, die an den rotierenden Hauptkomponenten der Schaufel (Motoren und Getriebe) angebracht sind 
  • Dehnungsmessstreifen, die an den Hauptbauelementen der Schaufel angebracht sind 
  • Inkrementalgeber an den Hauptmotoren 
  • Drahtlosnetzwerk-Equipment 
  • Stromfilter-Equipment

 

 

Das geräteeigene CompactRIO-System erfasst simultane Signale von Beschleunigungsmessern, Encodern und Dehnungsmessstreifen. Schwingungs- und Dehnungssignale werden kontinuierlich überwacht und als erste Anzeige für Probleme mit Warn- und Alarmwerten verglichen. Signale werden regelmäßig in benutzerdefinierten Intervallen gespeichert, wenn eine Warnung oder ein Alarm ausgelöst wird. In diesem Fall sucht die Überwachungsanwendung auf dem CompactRIO-System nach den besten Messperioden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu analysieren und zu optimieren. Bei diesem Ansatz werden Daten in regelmäßigen, vordefinierten Intervallen gespeichert, um eventuelle mechanische Änderungen im Computer zu steuern, und Daten werden beim Auftreten eines plötzlichen Ereignisses aufgezeichnet. In beiden Fällen werden komplementäre Signale vom Steuerungssystem der Schaufel zur Referenz und zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit proaktiver Korrekturen gespeichert.

Die erfassten Daten werden vorübergehend auf dem internen CompactRIO-Flash-Datenträger gespeichert und später über eine drahtlose Verbindung auf einen Master-Server heruntergeladen, wo die Daten verarbeitet, mit komplexeren Warn- und Alarmparametern verglichen und in einer Datenbank gespeichert werden. Wenn die drahtlose Verbindung mit dem Server nicht verfügbar ist, kann der Benutzer über eine kurze Punkt-zu-Punkt-Drahtlosverbindung eine Verbindung herstellen und Daten manuell herunterladen (der Benutzer muss sich in der Nähe der Schaufel befinden und die Verbindung herstellen), ein direktes Ethernet-Kabel anschließen oder einfach ein Laufwerk in den USB-Anschluss des CompactRIO einlegen, wo die Daten automatisch hochgeladen werden.

 

 

 

Sobald die Daten verarbeitet und gespeichert wurden, stehen sie zur Anzeige, Analyse, manuellen Verarbeitung und Trendverwaltung auf dem Server oder auf jedem Computer mit Netzwerkzugriff auf die Datenbank zur Verfügung. Sämtliche Konfigurations-, Datenübertragungs-, Verarbeitungs-, Visualisierungs- und Analysesoftware wurde mit LabVIEW erstellt.

An vier verschiedenen Tagebaustandorten in Chile, wobei zwei zu den größten Kupferminen der Welt gehören, werden mit Stand April 2008 neun Schaufeln kontinuierlich mit SiAMFlex überwacht. Zusätzlich zu den Dauerüberwachungssystemen hat CADETECH auch mehrere tragbare Messgeräte für Schaufeln entwickelt, die nicht das SiAMFlex-System verwenden. Eines basiert auf dem NI-CompactDAQ-System und das andere verwendet das CompactRIO und den Touchpanel-Computer NI TPC-2006, um ein vollständig autonomes, robustes Messgerät mit 16 Kanälen, das Schwingungsanalysen durchführt, in einem Gehäuseformfaktor zu konfigurieren.

Diese Entwicklungen zeigen die Flexibilität, Benutzerfreundlichkeit und den Determinismus der Hardware- und Softwareentwicklungsplattform von National Instruments.  

 

Informationen zum Autor:

Daniel Ramírez
CADETECH S.A.
Chile
Tel: +56 41 2621500

Elektromechanische Schaufeln für den Bergbau können 100 Tonnen Erz pro Durchgang laden. Die kombinierte Nennleistung beträgt ca. 3 MW.
Hardware muss unter rauen Umgebungen überleben.
Die Analysesoftware ist vollständig in LabVIEW integriert.